Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez."

Elek Balog
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Radioaktív izotópok

2 Izotópok Egy elem különböző tömegű (tömegszámú - A) formái; Egy elem izotópjainak a magjai azonos számú protont (rendszám - Z) és különböző számú neutront (N) tartalmaznak; Egy elem izotópjainak a magja lehet stabil és lehet radioaktív; Egy elemet számos stabil és radioaktív izotóp alkothat.

3 Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez. Izotóp geokémia: Földi és extraterresztrikus anyagok izotóp összetételével foglalkolkozik, ami a vizsgált anyag korát, genetikáját és történetét (fejlődését) érinti; - Geokronológia: kormeghatározás, alapja a radioaktív bomlás, - Folyamatok értelmezése (genetikus gondolkodás): izotóp összetétel (arány) és annak időbeli változása.

4 Radioaktivitás geokémiai vonatkozásai történet U-sók radioaktivitásának felfedezése (1896, H. Becquerel) - forradalom a fizikában; Marie és Pierre Curie, E. Rutherford, F. Soddy: 1902-ig radioaktivitás folyamata, sugárzás, stabil és nem stabil atommagok (bomlás, emisszió vs. radioktív atomok száma); Curie (1903): a radioaktivitás exoterm folyamat, ami megdönti Kelvin 94 millió éves Föld korát (olvadékból hűlő rendszer) (első geokémiai kapcsolat); Rutherford (1905): (U-érc He-tartalma alapján: a Föld 500 millió éves A. Holmes (1913) The age of the Earth c. könyv U-Pb korokat használ. Analitika (MS, érzékeny detektorok, ionozáló sugarak)

5 ATOMMAGOK ÁTALAKULÁSAI - MAGREAKCIÓK Rutherford kísérlet (1919): atomátalakítás N He O Al He P H Irene Joliot-Curie (1934): mesterséges radioaktivitás Tömör felírás: 14 N α,p tömegszám - rendszám történet - Al O α,n 30 P 15 n

6 Radioaktivitás: A radioaktivitás a nem stabil (radioaktív) atommagok bomlásának folyamata. Nagy energiájú ionizáló sugárzást kelt. Bomlás típusok: α-bomlás során az atommagból egy hélium atommag (erősen kötött 2 proton és 2 neutron) válik ki, erősen ionizáló, nagy energiájú (több 1 millió kj/mol, a hatótávolsága levegőben 1 cm alatti, sebessége 1 9 cm/s. β-bomlás során az atommagban neutronból proton lesz elektron kibocsátás közben, így a béta-sugárzás valójában elektronsugárzás, közepesen ionizáló hatású, energia 1-1 millió kj/mol, hatótávolsága levegőben pár 10 cm, kis rendszámú elemekkel gyengíthető (pl. paraffin). γ-bomlás során energia távozik (nagy energiájú) fotonként, az előbbiek kísérő jelensége szokott lenni. az ionizáló hatása a leggyengébb, hatótávolsága levegőben végtelen, fénysebesség, a nagy tömegszámú elemek (általában ólom) gyengítik hatékonyan.

7 A RADIOAKTÍV SUGÁRZÁSOK TULAJDONSÁGAI név tömeg (ate) töltés (e) sugárzás fajtája alfa 4, He-atommagok béta 1/ elektronok gamma 0 0 elektromágneses sugárzás ate: átlagos atomi tömeg

9 Elektromágneses sugárzások energiája csökken Elektromágneses sugárzások hullámhossza nő

10 A TERMÉSZETES RADIOAKTIVITÁS Nukleoszintézis során >2200 nuklid (ma: stabil, lassú bomlású nuklid és rádionuklidok) A természetes radioaktív elemek rendszáma általában nagyobb, mint 80 (Tl-tól). Kivétel: 40 K, 87 Rb, 138 La, 147 Sm, 176 Lu, 187 Re, 190 Pt + kozmogén izotópok ( 3 H, 10 Be, 14 C, 26 Al, 32 Si, 36 Cl), mesterséges (antropogén) izotópok: 90 Sr, 137 Cs Három földi eredetű bomlási sor jelenleg a természetben: Tórium-sorozat (Th-232 a radioaktív nuklid) Urán-sorozat (U-238 a radioaktív nuklid) Aktínium-sorozat (U-235 a radioaktív nuklid) Történelmi radioaktiv elemek (őslakosok)

11 proton-rich neutron-rich

12 Stabil izotópok Z (rendszám) N (neutron)

15 Radioactive Decay Systems of Geochemical Interest, K, Th, U szerepe (gyakoriság, hatékonysság)

17 Három földi eredetű bomlási sorozat van jelenleg a természetben: Tórium-sorozat (Th-232 a radioaktív nuklid) -> Pb-208 Urán-sorozat (U-238 a radioaktív nuklid) -> Pb-206 Aktínium-sorozat (U-235 a radioaktív nuklid) ->Pb-207 Neptúnium-sorozat (Np-237 volt a radioaktív nuklid) -> Bi-209

20 205 Tl

21 Aktivitás: Egy adott radioaktív forrás aktivitása megadja, hogy hány bomlás történik másodpercenként, mértékegysége Bq (Becquerel tiszteletére), 1 Bq másodpercenként egy bomlásnak felel meg (Bq/l akt. konc., Bq/kg fajl. akt.) A radioaktív bomlás véletlen jelenség, egy adott atommagról nem lehet megállapítani, hogy mikor fog elbomlani, viszont az elbomlásának időbeni valószínűsége állandó, jele. Egy forrásban a bomlások száma tehát arányos a radioaktív magok számával. A radioaktív bomlás sebessége külső tényezőktől független, kizárólag a radioaktív elem magjának stabilitásától függ.

22 Dózisegyenérték (H*(d): Irányított sugárzási tér egy pontjában 30 cm átmérőjű szövetekvivalens anyagú (ϱ=1g/cm 3, O=76.2 %, C=11.1 %, H=10.1 %, N=2.6 %) gömb felületétől sugárirányban d=10 mm mélységben hozna létre. Mértékegysége: sievert (Sv) Elnyelt dózis (D): Az ionizáló sugárzás hatására az anyag térfogatelemének tömegében elnyelt energiának az átlagértéke. Mértékegysége: gray (Gy) Egyenérték dózis (H): Az adott szövetben vagy szervben elnyelt dózis átlagértéke, amit a sugárzás biológiai hatása és a sugárázást ért tömeg befolyásol. Mértékegysége: sievert (J/kg)

23 Effektív egyenérték dózis (H E ): /foglalkozási eredetű sugárterhelések sztochasztikus kockázatbecslésére/ Az emberi test összes szövetére vagy szervére vonatkoztatott egyérték dózisok összege. /Azonos egyenérték dózissal besugározva pl. az ivarmirigyet illetve a pajzsmirigyet, a várható sugárkárosodása mértéke nagyobb lesz az ivarmirigyekben./

25 Előlények sugárérzékenysége

28 A radiometrikus kormeghatározás mindig valamilyen fizikai vagy kémiai folyamat lejátszódásának korát adja meg. Ásványokon és kőzeteken végzett kormeghatározás azt az időt jelenti, ami az utolsó, szilárd fázisban történő kiválás/ kikristályosodás, vagy egy bizonyos hőmérsékleti küszöbérték alá hűlés óta eltelt. Záródási hőmérséklet: csökkenő hőmérséklet során lejátszódó folyamat esetén azt a hőmérsékletet jelenti, amely alatt a diffúzió (azaz a reakció) megszakad, pl. nincs lehetőség a keletkezett leányizotópok eltávozására a rendszerből.

29 Figure 2.1- Nominal closure temperatures of various geochronometers and thermochronometers (from Gwilym, 2005). Systems are ordered by closure temperature on the Y-axis; the red dashed line indicates the thermochronometers used in this work. Benedetta, 2013

30 Geokronológia Rb-Sr Sm-Nd, Lu-Hf, La-Ce K-Ar 40 Ar- 39 Ar K-Ca U-Th-Pb Re-Os

32 Figure 1.2-Tectonic sketch map of Europe (from Artemieva et al., 2006) Benedetta, 2013

Hasonló dokumentumok

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez.

Izotóp geológia: Elemek izotópjainak használata geológiai folyamatok értelmezéséhez. Radioaktív izotópok Izotópok Egy elem különböző tömegű (tömegszámú - A) formái; Egy elem izotópjainak a magjai azonos számú protont (rendszám - Z) és különböző számú neutront (N) tartalmaznak; Egy elem